冰上运动建筑曲面光伏参数化集成设计研究

2022年冬奥会成功举办,国内掀起了冰上体育运动的热潮,冰上运动建筑需求量和能源消耗量随之增长。光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)作为建筑节能的主要手段之一,在体育建筑屋面具有较大的集成潜力。通过建立寒冷地区曲面冰上运动建筑典型模型进行集成设计研究,基于Grasshopper参数化平台实现新型柔性CIGS薄膜光伏组件沿屋面曲线形态的优化布置,从两个层级出发,提出参数化设计方法与构造措施。通过Honeybee进行能耗模拟,结果表明,该柔性光伏系统全年可以为冰上运动建筑降低15.82%的能量消耗,进而验证了该方案的节能性,为建筑师进行寒冷地区曲面冰上运动建筑设计的节能优化设计提供数据支撑及科学依据。

基于声纹监测技术的大型泵站机组振动特性研究

声音和振动是反映旋转机械设备运行状态信息的直接载体,根据声纹监测的原理,通过对数据进行采集、预处理、提取特征值,采用卷积神经网络深度学习识别模型,建立大型泵站机组运行状态声纹样本库和模型库,构建泵站机组振动状态的声纹监测系统,实现大型泵站机组运行状态的实时监测。

超高层办公建筑开窗通风对室内热舒适与能耗的影响研究

超高层建筑的供冷供热能耗居高不下,合理利用自然通风能够减小空调的运行时间与运行能耗。实测过程中发现,超高层办公建筑由于安全性与室外噪声的限制基本很少开窗。以西安地区为例,通过实测数据和热力学第一定律,使用MATLAB软件建模计算分析采用开窗通风方式或空调供冷供热方式对室内温度的影响,发现超高层建筑冬季过热问题非常明显,开窗或使用通风器时噪声过大,针对上述问题给出开窗建议。以西安市某超高层办公建筑的测试数据作为计算工况参考,并借助其验证本文结论,为设计提供实施性较强的指导。

郑州浅山区村落街巷微气候影响机制分析

【目的】探究村落街巷空间微气候的影响因素与调节机制,创造更加舒适的夏季微气候环境,减少能源消耗,提升农村居民生活品质。【方法】以郑州市浅山区典型村落的90个街巷样地为研究对象,通过实地调研和无人机测绘等方式采集数据,利用ENVI-met软件建立样地实况模型对微气候参数进行模拟,借助统计学分析方法探究街巷高宽比、街巷走向、植被覆盖度3项要素与街巷微气候的影响机制。【结果】1)高宽比(height-width ratio,H/W)主要通过降低平均太阳辐射温度(mean radiant temperature,MRT)来调节夏季街巷空间的微气候;植被覆盖度(fractional vegetation cover,FAC)主要通过增加相对湿度进而调节夏季街巷空间的微气候;而空气温度(air temperature,TA)、相对湿度(relative humidity,RH)、平均太阳辐射温度均会受到街巷走向的影响;2)通过极差分析可得,当高宽比达到1.1后,即可有效缩短街巷处于“极端”热应激等级的时间;3)在村内单位面积植被覆盖度≥10%时,通过和街巷高宽比结合设计的方式可最大程度地发挥植被增湿降温作用;4)南北走向(North-South direction,N-S)的街巷内夏季的空气温度、相对湿度、平均太阳辐射温度均优于东西走向(East-West direction,E-W)。【结论】街巷高宽比、街巷走向、植被覆盖度对郑州浅山区村落街巷微气候的影响机制各不相同,三者之间具有一定的关联性且存在最佳阈值。可从微气候的角度对村落街巷空间进行改造和设计,提升乡村人居环境品质的规划设计策略,为相同地理环境下的村落改造提供参考借鉴。

基于红外热成像的围护结构热工性能定量检测方法研究进展

综述红外热成像技术在建筑围护结构热工性能定量检测领域的研究成果,介绍国内外定量红外热成像法的理论基础、发展历程以及在量化热工缺陷能量损失中的应用,从构建稳态热流环境、对流辐射换热计算、测试操作选择3个方面总结现场检测的影响因素,归纳图像处理技术在排除光学干扰、辨识热工缺陷、热工信息可视化等方面对红外检测领域的贡献,分析未来红外热成像的应用前景与发展方向。研究表明,红外热成像技术可成为围护结构热工性能定量检测与热工缺陷量化识别的优秀方法。

夏热冬冷地区居住建筑辐射型反射隔热涂料节能设计方法研究

辐射型反射隔热涂料在夏热冬冷地区居住建筑中的应用案例越来越多,其节能设计方法备受关注。等效热阻法是目前反射隔热涂料热工设计的标准方法,但相关文献研究指出,涂覆于非透明材料上的隔热涂料应采用太阳光直接反射比作为隔热评价指标,不宜用等效热阻来评价。通过上海某6层住宅建筑探讨了夏热冬冷地区居住建筑外墙采用辐射型反射隔热涂料的节能效果及其传热系数、太阳辐射吸收系数和表面发射率之间的关系,对比分析了采用参数直接计算与等效热阻法计算能耗结果,结果表明:1)辐射型反射隔热涂料隔热机理与反射隔热涂料差异明显;2)辐射型反射隔热涂料节能效果不适宜采用等效热阻法进行节能效果评价;3)辐射型反射隔热涂料墙体冬季保温热阻设计应充分考虑其对墙体温度的负面影响。

干热地区高校夏季室外热环境研究——以石河子市某高校为例

高校校园是师生室外活动的主要场所,其室外热环境直接影响了师生的舒适程度,尤其在干热地区更加显著。因此,对干热地区高校校园进行热环境研究分析具有重要意义。以干热地区新疆石河子市内典型高校石河子大学北苑新区为研究对象,选取校园内人流量较大且功能性明显的5个区域作为典型点位探究室外热环境。从建筑空间形态、典型点位物理环境参数等角度进行实测数据分析。研究结果表明,点位周边的建筑形态以及是否存在绿化植被对其热环境产生了显著影响,从而为干热地区高校校园热环境的研究与改善提供理论基础,具有一定的参考价值。

不同环境下外墙保温缺陷表征规律的数值模拟研究

以外墙保温缺失墙体为研究对象,基于数值模拟探究其在不同室内外温差和室外风速下的表征规律。选取标准中规定的缺陷区域相对面积及能耗增加比作为表征指标,同时提出温度异常区域相对面积及墙体能耗增加比作为新的表征指标,分别从墙体内、外表面对热工缺陷进行表征。通过分析缺陷墙体表面温度分布及传热量计算方法差异,探究各类型指标在不同环境下的表征结果差异产生原因。结果表明,由于现阶段标准中对缺陷区域划分及能耗增加比的简化计算,导致同一缺陷在不同环境下的表征结果出现明显波动,外表面缺陷区域相对面积和内表面缺陷区域能耗增加比波动幅度分别达到2.5%和6.6%,存在无法准确表征热工缺陷的问题。缺陷侧的温度异常区域相对面积及墙体能耗增加比在不同环境下的表征结果较为稳定,适宜作为热工缺陷的表征指标。

基于个人舒适系统杭州住宅冬季热舒适与能耗

为揭示该地区个人舒适系统(PCS)作用下的居民冬季热舒适特征和供暖能耗需求,以杭州市为对象,采用问卷调研和入户现场实测的方式得出冬季住宅开窗、遮阳、使用空调和PCS等典型热环境组合调节模式以及典型供暖模式和居民活动状态组合下的热舒适特征;在此基础上模拟得到冬季室内热舒适和供暖能耗特征。结果表明,冬季“无设备+静坐”、“空调+静坐”、“PCS+静坐”、“无设备+家务劳动”、“空调+家务劳动”、“PCS+家务劳动”等6种工况下的冬季中性温度分别是17.3、18.8、16.4、15.7、15.7、13.9℃,舒适温度区间分别是14.3~20.3℃、17.1~20.5℃、14.4~18.4℃、13.7~17.8℃、13.3~18.1℃、11.0~16.9℃。冬季室内热舒适水平受热环境调节模式影响较大,客厅在室舒适时间占比在43.74%~80.21%之间,卧室在室舒适时间占比均为70%以上。使用空调与PCS供暖时,典型建筑在冬初冬末的供暖能耗强度是1.28 kWh·m^(-2),在严冬的供暖能耗强度是13.06 kWh·m^(-2)。

外窗节能设计与集成技术

建筑外窗作为建筑围护构件中最不节能的部件,包括传热系数(U值)、可见光透射率(T_(vis))、太阳热增益系数(S_(HGC))等在内的光热性能指标直接影响了建筑的能耗。为了更加全面地了解建筑外窗节能设计的关键技术,通过数据库资料详细梳理了前人的相关研究成果。研究发现:窗墙比、建筑遮阳、窗框、窗玻璃、气密性等是影响建筑外窗节能的关键要素;集成技术在外窗节能设计方面具有明显的优越性,能够极大提高外窗的节能效率;人的行为方式对外窗节能效率也会产生较大的影响。

基于全景图的城市街谷平均辐射温度计算模型研究

在评估城市街谷热环境对居民生活质量的影响时,明确街谷的微气候条件,尤其是平均辐射温度(Mean Radiant Temperature,MRT)对于改善城市热环境具有重要意义。现阶段,利用基于鱼眼图的天空视域因子(Sky View Factor,SVF)计算方法较为繁琐且难以实现大范围街谷MRT的时空分布评估。因此,本研究旨在通过全景图像技术,提出一种快速大量计算城市街谷MRT时空分布的新方法,并进一步考虑城市街谷中树木的影响,以改进传统模型。本研究首先基于全景图像批量获取城市街谷中的SVF,并结合城市街谷中的几何特征和植被视域因子,通过改进的平均辐射温度计算模型对单点的MRT进行计算,同时采用定点实测数据对该模型进行精确度验证,并将其应用于西安市街谷MRT的实际计算中。研究结果显示,经过模型验证,本研究方法具有较高的精度,相对误差大多数情况下在20%以内,RMSE在2.85~4.66℃。同时,模型与实测数据的一致性较好,能够清晰地反映MRT的变化趋势,R2大于0.74,IA大于0.80。与仅考虑单一不透水面的计算模型相比,考虑树木植被后的模型精度有明显提升,RMSE从5.15℃降至3.87℃,模型的R2由0.72提升至0.74,表明改进模型与观测结果具有更好的一致性。提出的基于全景图的MRT计算方法不仅提高了评估城市街谷热环境的效率和精度,而且通过考虑树木植被的影响,为城市规划和绿化管理提供了更加科学的指导。此外,本研究的方法和结论能够为城市热岛效应的缓解和城市生活环境的改善提供理论依据和技术支持。通过实例分析,研究成功地应用于西安市,展示了2021年7月14日上午9:00的街谷MRT分布图,为后续的城市热环境评估和改善工作奠定了基础。

小学教学楼庭院空间构成要素对儿童热舒适的影响

为探究儿童热舒适度与户外空间构成要素之间的相关性,对苏州姑苏区与工业园区内的95个小学教学楼庭院空间进行微气候数据采集、空间构成要素量化测量以及对儿童进行问卷调查,结果表明:1)苏州夏季、春季、冬季小学教学楼庭院的儿童热舒适度范围分别为26.5~34.2℃、18.5~26.3℃、23.1~28.2℃;2)与儿童热舒适度PET值显著相关的空间构成要素有5个,即绿地配置形式(“贴边+中央”型最佳)、朝向(东西朝向最佳)、围合度(4面围合最佳)、植物种植类型(乔灌草复合搭配最佳)、绿地率(30%~50%最佳)。基于研究结果,建议通过综合考虑景观特征、优化植物品种、完善辅助设施等手段提升小学教学楼庭院空间的热舒适度。

热舒适研究综述与展望

热舒适研究是近年来的研究热点,营造舒适的建筑环境不仅可提高人体舒适健康水平,而且可减少建筑能耗。本文回顾了热舒适研究的发展历程,介绍了其成果的应用形式之一——热舒适标准。阐述了我国热舒适研究中的问题与挑战,从理论研究和成果应用领域总结了我国热舒适研究取得的进展。列举了在热舒适数据库、动态热环境、非均匀环境、舒适健康与工作效率等方面取得的主要成果,并展望了未来的研究方向。

基于机器学习的外窗百叶外遮阳性能预测与敏感性研究

在建筑围护结构中越来越多地使用透明围护结构,会导致高能耗和光热环境不适等问题。为了解决这一问题,遮阳作为一种减少建筑的能源消耗和改善室内环境较为有效的手段被越来越多地使用。为探究百叶外遮阳参数对遮阳性能的影响程度,采用机器学习算法预测遮阳性能,利用基于机器学习的改进敏感性分析法探讨了影响遮阳性能的2类参数(建筑和遮阳)的局部和全局敏感性,确定影响最大的参数。研究结果表明:XGBoost预测热环境、能耗指标精度最高,而随机森林算法预测光环境指标效果最好。同时发现遮阳参数是影响室内热环境和建筑能耗的最重要因素,整体权重均在0.5以上;建筑参数显著影响室内采光,其权重高达0.9左右。

基于室内非均匀环境营造的新型通风模式下人员热舒适性及系统节能潜力

为解决现有通风空调系统无法根据占用区域实现按需供冷造成的热不舒适及能源浪费问题,本研究根据人员占用区域需求实时切换气流模式组合及冷量供给,提出了一种新型通风模式,旨在利用多种气流模式的最优组合控制特定需求场景。采用数值模拟的方法探究了不同占用区域情况下新型通风模式的人员热舒适性和系统的节能潜力,并与混合通风模式和层式通风模式进行了对比。结果表明:新型通风模式在气流组织上具有明显优势;新型通风模式较混合通风模式和层式通风模式具有更高的热舒适性,空气分布特性指数最大;新型通风模式局部冷量利用系数最小,冷量有效利用率最高,所需供冷量最小,因此新型通风模式的节能潜力最大。

墙体裂缝对建筑热湿环境及能耗的影响分析

建筑表面及内部会因为各种原因出现不同程度的损伤,结构的受损则会影响内部温湿度场的分布,对建筑总能耗也会产生影响。通过实验测试了混凝土及抹面胶无裂缝、1 mm和2 mm预制裂缝宽度试件的等效热湿物性参数,并使用WUFI-Plus仿真软件模拟建筑裂缝出现前后沈阳市室内热湿环境及能耗的变化情况。在裂缝密度为9.04×10^(-3)m^(-1)时,房间每月相对湿度增幅最大。墙体裂缝将导致房间的能耗降低,且随着裂缝宽度及裂缝密度的增大,建筑能耗下降幅度增大。

高校学生公寓室内环境美化的影响因素分析

高校学生公寓发展至今,尤其经历新世纪初的大规模扩建,现阶段各高等学校在学生公寓室内环境建设方面已开始重点关注,并随着安全、实用等基本功能的实现,进入到了新的发展阶段。本文将以设计美学的独特视角,并从大学生实际的生活需求出发,提出目前高校学生公寓室内环境美化的主要影响因素,旨在为高校学生公寓室内环境建设提供参考。

夏季华东地区室外热舒适经验指标模型建立

伴随国民经济水平的提高,室外的热舒适水平逐渐受到民众的广泛关注。尤其是在经济发达的华东地区,人口密集,夏季的炎热气候严重影响了民众在室外空间的热舒适与体验。已有研究表明,在一些地区,基于当地调研数据建立的经验指标模型能够更好地预测当地民众的室外热舒适状况。因此,文章对华东地区代表性城市金华市展开微气候环境测量与问卷调查,利用统计学方法多元回归对调研数据进行分析,最终建立经验指标模型并验证其适用性。研究结果表明,在回归分析得出的三个模型中,选取拟合度最优的模型为经验指标模型,具体公式为:TSV_(model)=0.228T_(a)-0.211V+0.201T_(g)-13.947(R^(2)=0.715,P<0.001)。所得经验指标模型为夏季华东地区基于室外热舒适的空间优化设计研究提供了评价指标选择的参考。

西安地区开放式办公建筑夏季人体热舒适调查研究

以西安地区6栋典型开放式办公建筑为研究对象,通过热环境参数测试和主观问卷调查相结合的方式进行了现场调研,分析了实际办公建筑中人员的热舒适需求,并将调研结果与现有标准及其他气候区现场研究进行了对比。结果显示,西安地区夏季办公建筑受访者的中性温度为25.4℃,偏好温度比中性温度低0.2℃,80%可接受温度上限为28.2℃。

热经历对严寒地区集中供暖环境中人体热适应性的影响

在哈尔滨市冬季供暖期间对某高校建筑室内热湿环境及受试者的热湿反应进行了现场调研,共收集了495份有效问卷。根据受试者在北方严寒地区集中供暖环境中的生活年限进行分组,分析了不同热经历人群的热湿反应差异性及适应性。结果表明:随着在集中供暖环境中生活年限的增加,热感觉低于“中性”和湿感觉为“适中”的人员比例明显增加;1年北方热经历人群的平均热感觉投票为0.6,且随着居住年限的增加而降低;长期生活在舒适且偏暖的集中供暖环境中,提高了其热期望及对环境的要求;无任何北方热经历的人群最多需要1年就可以适应集中供暖热环境,而需要3年才能适应湿环境;在北方居住1年以内人群的热中性温度为18.6℃,而1年以上人群为18.9℃;经对服装热阻修正后,两者热中性温度差距为0.5℃。